上官桀是西汉陇西上邽(今甘肃天水)人，年轻时给汉武帝当警卫，官职是羽林郎。有一次，跟随汉武帝去甘泉宫，途中突然遇上了大风，皇帝的车子被大风吹得不能前行，为了减轻阻力，只得把车盖解下来让上官桀拿着。上官桀便高举着车盖，顶风前行，一步也没落后。不久便下起了雨，上官桀便用车盖替汉武帝挡风遮雨。汉武帝因此对上官桀很是赏识，当场提升他为未央厩令，负责给皇帝饲养专用的马匹。
但是在事情过后，汉武帝很快就把上官桀忘记了。又过了一段时间，汉武帝生了一场病，病愈后就去看马。不看不知道，一看吓一跳，。武帝发现马大多都瘦了，不由得勃然大怒，连忙把养马的传来。身为未央厩令的上官桀得知后，连忙跪在地上，叩了三个响头，一边流泪一边抽咽着说：“启奏陛下，小臣上官桀听说皇上龙体欠安，就日日夜夜为您担心，哪里还顾得上看马呀。”这时汉武帝猛然想起，面前跪着的这个人就是之前那个替自己顶风冒雨的卫士，再听他刚才所讲的那番话，便认为上官桀对自己忠心耿耿，立刻转怒为喜，并提升上官桀为侍中，后来逐渐升为太仆，成为皇帝的车马总管，位列九卿。再后来，上官桀又同霍光一道在平定莽何罗、莽通兄弟叛乱时，立了功，被封为安阳侯，成为汉武帝的心腹重臣。在汉武帝病危时，与霍光、金日䃅、桑弘羊一同成为临危受命的四大臣之一，在朝廷中的地位可以说仅次于霍光。
工于心计的上官桀为了巩固自己的地位，把霍光的女儿嫁给儿子上官安，同霍光结成了亲家。从此与霍光结成了亲家，关系密切。霍光休假外出时，上官桀便经常代替他处理国家大事。正所谓，有其父必有其子，上官安的心计绝对不亚于他的父亲上官桀，为了自己的前程，居然想把年仅6岁的女儿送进宫里给汉昭帝刘弗陵当皇后。为此，就去劝说霍光把这个外孙女送进宫去。霍光因为外孙女还小，就没有答应。上官安碰了一鼻子灰，但仍不死心。转而就去找自己的酒肉朋友丁外人，上官安之所以要去找这个丁外人，是因为这个丁外人是汉昭帝的大姐盖长公主的情人，而汉昭帝又对这位年长的大姐十分亲近且敬重。
有了丁外人的帮助，盖长公主就下令召上官安的女儿进宫，一见面，便封她为婕妤。一个月之后，就立她为皇后。上官安借女儿的光，一路高升，最后晋升为车骑将军，赐爵桑乐侯，食邑1500户。上官安暴发了以后，越来越骄横淫逸，每次从皇宫中出来都大言不惭地对人们讲：“和我的女婿一起喝酒真快活!”上官安一旦喝醉了酒便把衣服脱光，赤身裸体地在屋里乱窜，见到女人就奸污，就算是他的后母以及他的父亲的小老婆也不放过。
上官安为了笼络丁外人，便屡次向霍光请求给丁外人封侯，他的父亲上官桀也妄想给丁外人加官晋爵，但霍光秉公办事，都一一拒绝了。这可惹怒了上官父子俩。父子俩商量来商量去，觉得霍光是他们父子俩的拦路虎、绊脚石，便决意除掉霍光。
为了除掉霍光，上官桀父子俩就去联系汉昭帝的哥哥燕王刘旦。这个刘旦因为没当上皇帝，对霍光一直有反感。上官桀父子暗中搜集了大量有关霍光的材料，然后专门拣选出有关过失的材料，进行整理加工后就给刘旦送去，通过刘旦把这些材料给汉昭帝送去。不仅如此，上官桀父子还请刘旦出面同皇帝说情，以求达到给丁外人封侯的目的。汉昭帝有点犹豫不决，毕竟丁外人不是盖长公主的丈夫。于是，汉昭帝便向霍光询求意见，霍光表示坚决反对封丁外人为侯，汉昭帝听从了霍光的意见，这更加激怒了燕王刘旦和上官桀父子。为了对霍光进行反击，刘旦便把上官桀父子送来的那些有关霍光的材料进行归纳，凑成五大罪状，并亲自写奏章弹刻霍光。但结果不如燕王刘旦和上官桀父子的意，汉昭帝因此对刘旦和上官桀父子产生了怀疑，越发亲近霍光而疏远上官桀父子。上官桀父子一计不成又生一计，见霍光除不掉，就把矛头直接对准了汉昭帝。于是上官桀父子与盖长公主、丁外人、桑弘羊等人密谋，准备谍杀汉昭帝，对外宣布拥燕王刘旦继位当皇帝，等刘旦进京后，顺便将他干掉，然后立上官桀为帝。
出乎意料的是，这个阴谋被稻田使者燕仓知道了，燕仓报告给了大司农杨敞，杨敞报告给谏议大夫杜延年。杜延年闻讯后，立即向霍光汇报。霍光当机立断，立即采取行动，粉碎了这场篡位阴谋。结果上官桀父子被斩首，抄家;桑弘羊、丁外人被满门抄斩;盖长公主和燕王刘旦自杀身亡。唯有上官皇后因为年幼，而且没有参与政变，又是霍光的外孙女，未被追究。
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